комплекс сбора и анализа телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов

Формула изобретения

Комплекс сбора и анализа телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов, содержащий устройства сбора и обработки информации, передатчик, приемник, декодер, блок выработки решений, наборы датчиков, преобразователей, фильтров и усилителей, источник питания, аналого-цифровой преобразователь, блок входных данных, блок управления, ноутбук, таймер, запоминающее устройство, первый, второй и третий задатчики уровня, блок анализа информации порогового уровня, первый, второй и третий оперативные запоминающие устройства, блок выделения максимальных амплитуд, блок выделения экстремумов, счетчик количества циклов, блок формирования команды предельного уровня, блок выходных данных, регистратор, передатчик, канал связи и приемник с декодером, при этом выходы с датчиков соединены последовательно через преобразователи, фильтры, усилители с аналого-цифровым преобразователем, выходом подключенным к входному устройству, первым выходом и входом соединенным с блоком управления, а вторым входом и выходом - с блоком анализа порогового уровня, вторым входом через таймер подключенным ко второму выходу блока управления, третьими выходами соединенным с первым, вторым и третьим задатчиками уровней, выходы которых соединены с третьим, четвертым и пятым выходами блока анализа информации порогового уровня, выходы которого соединены с запоминающим устройством и первым, вторым и третьим оперативными запоминающими устройствами, причем вторым входом первое оперативное запоминающее устройство через блок формирования команды соединено с первым выходом третьего оперативного запоминающего устройства, второй выход которого и выход первого оперативного устройства соединены с входами запоминающего устройства, а выход второго оперативного запоминающего устройства через блок выделения экстремумов и блок определения максимальных амплитуд соединен с запоминающим устройством, а третьим выходом второе оперативное запоминающее устройство через счетчик количества циклов подключено к блоку определения максимальных амплитуд, четвертым выходом блок управления соединен с запоминающим устройством, выход которого и пятый выход блока управления соединены с входами блока выходных данных, подключенного выходами к ноутбуку, выход которого через передатчик и канал связи подключен к блокам системы, включаемым в работу с ноутбуком оператором, отличающийся тем, что он снабжен генеральным пунктом сбора данных с программно-математическим обеспечением, состоящим из соединенных последовательно блоков входных данных, накопителей, регистраторов характеристик динамических воздействий, блоков сравнения, вторыми входами подключенных к блокам исходных данных, разделен на части, соединенные между собою радиотехнической связью, одна из которых оснащена вторым передатчиком, подключенным к блоку аналого-цифрового преобразователя, а другая - вторым приемником, которые соединены с блоком входных данных, вторым блоком питания, соединенным со всем блоком второй части, формирователем сигналов о предельных уровнях информации и табло-блоком, которые входом подключены к блоку формирования команды предельного уровня, а выходом - к контрольной панели сбора данных, которая введена во вторую часть и выход которой соединен с введенным третьим передатчиком, выход которого соединен с приемником генерального пункта сбора данных.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, телеметрии, технике обеспечения безопасности и может найти широкое применение во многих областях народного хозяйства при контроле высотных сооружений и сооружений, подвергаемых периодическим или постоянным нагружениям, например мостов, стартовых площадок космодромов, космических станций и самолетов.

В случае возникновения нештатной ситуации возникают трудности при выявлении причины сложившейся ситуации и на их определение затрачиваются большие средства и время.

Причины могут быть явные, например, выход из строя элемента конструкции при нагрузках, превысивших заданные, и скрытые, которые накапливались длительное время, а проявились неожиданно при незначительном изменении функциональных параметров.

К явным причинам нештатных ситуаций относятся, например, сходы с рельс состава при перевозке объекта, сбросы с горок при маневрировании, использование вагонов с дефектами колес (типа лыски), при которых транспортируемый двигатель превращается в набор деталей, и другие, которые являются результатом бесконтрольных перевозок или небрежного обращения с объектом, начиная с его сборки.

К скрытым причинам относятся просчеты по допустимым нагрузкам при циклических воздействиях, которые даже при незначительных амплитудах колебаний, наблюдаемых длительное время, могут вывести объект из строя.

Для обеспечения безопасности эксплуатации высотных сооружений, мостов, самолетов, ракет-носителей, космических станций должен осуществляться непрерывный контроль всех воздействий на конструкцию. Сюда должны быть включены такие моменты, как период сборки и перемещений в производственных цехах, транспортировки до места сборки, например космодрома, по его территории, на стартовую позицию, а также период эксплуатации.

Можно считать некорректной характеристику ресурса, например, самолета, исчисляемую количеством часов полета, что не отражает фактическое количество циклов нагружения, которые воздействуют на объект в непогоду и при нештатных посадках.

Таким образом, параллельно с временной характеристикой ресурса должна быть представлена характеристика о циклических нагружениях во время эксплуатации.

Известно, что для контроля нагружений конструкции объектов применяют различные устройства, которые измеряют параметры нагружения, регистрируют и затем передают для анализа на ЭВМ оператору. К ним можно отнести «Многоканальную автономную систему для анализа и регистрации динамических процессов», патент №2271031, G05D 19/02, содержащую набор датчиков, преобразователи, фильтры и усилители, соединенные последовательно и подключенные выходами к аналого-цифровому преобразователю, выходами и входами соединенному с однокристальной электронной вычислительной машиной, у которой два выхода и входа соединены с оперативным запоминающим устройством, третий выход однокристальной электронной вычислительной машины через интерфейс соединен с персональным компьютером, связанным с принтером, а входы фильтров, усилителей, аналого-цифрового преобразователя, оперативного и программного устройства, интерфейса и преобразователя подключены к источнику питания, в систему введен дополнительно источник питания с преобразователем напряжения, двухкомпонентные датчики ускорения, датчики температуры, приемопередатчик, контроллер, выход которого и второй выход дополнительного преобразователя напряжения соединены с приемопередатчиком, выход и вход которого подключены к однокристальной электронной вычислительной машине.

Наиболее близким техническим решением является «Бортовая автономная система для проведения непрерывного анализа и регистрации информации о динамических процессах», патент РФ №2271034, G05D 19/02, которая содержит устройства сбора и обработки информации, передатчик, приемник, декодер, блок выработки решений, наборы датчиков, преобразователей, фильтров и усилителей, источник питания, аналого-цифровой преобразователь, блок входных данных, блок управления, ноутбук, таймер, запоминающее устройство, первый, второй и третий задатчики уровня, блок анализа информации порогового уровня, первый, второй и третий оперативные запоминающие устройства, блок выделения максимальных амплитуд, блок выделения экстремумов, счетчик количества циклов, блок формирования команды предельного уровня, блок выходных данных, регистратор, передатчик, канал связи и приемник с декодером, при этом выходы с датчиков соединены последовательно через преобразователи, фильтры, усилители с аналого-цифровым преобразователем, выходом подключенным к входному устройству, первым выходом и входом соединенным с блоком управления, а вторым входом и выходом - с блоком анализа порогового уровня, вторым входом через таймер подключенным ко второму выходу блока управления, третьими выходами соединенным с первым, вторым и третьими задатчиками уровней, выходы которых соединены с третьими, четвертыми и пятыми выходами блока анализа информации порогового уровня, выходы которого соединены с запоминающим устройством и первым, вторым и третьим оперативными запоминающими устройствами, причем вторым входом первое оперативное запоминающее устройство через блок формирования команды соединено с первым выходом третьего оперативного запоминающего устройства, второй выход которого и выход первого оперативного устройства соединены с входами запоминающего устройства, а выход второго оперативного запоминающего устройства через блок выделения экстремумов и блок определения максимальных амплитуд соединен с запоминающим устройством, а третьим выходом второе оперативное запоминающее устройство через счетчик количества циклов подключено к блоку определения максимальных амплитуд, четвертым выходом блок управления соединен с запоминающим устройством, выход которого и пятый выход блока управления соединены с входами блока выходных данных, подключенного выходами к ноутбуку, выход которого через передатчик и канал связи подключен к блокам системы, включаемым в работу с ноутбуком оператором.

У аналога и прототипа есть общие недостатки:

- не обеспечена информационная связь между системами, расположенными на продолжительных расстояниях;

- отсутствует информация о корреляционной связи между объектами, при этом возникают трудности по оценке ресурса эксплуатации отдельных объектов, которые уже выработали ресурс по количеству опасных циклов нагружения и еще находятся в эксплуатации, представляя опасность для всего исследуемого объекта;

- не формируются сигналы о предельных нагружениях на объект в случае достижения заданного предельного уровня.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем создания комплекса непрерывного сбора, обработки и мониторинга безопасности объектов.

Поставленная цель достигается тем, что комплекс сбора и анализа телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов, содержащий устройства сбора и обработки информации, передатчик, приемник, декодер, блок выработки решений, наборы датчиков, преобразователей, фильтров и усилителей, источник питания, аналого-цифровой преобразователь, блок входных данных, блок управления, ноутбук, таймер, запоминающее устройство, первый, второй и третий задатчики уровня, блок анализа информации порогового уровня, первый, второй и третий оперативные запоминающие устройства, блок выделения максимальных амплитуд, блок выделения экстремумов, счетчик количества циклов, блок формирования команды предельного уровня, блок выходных данных, регистратор, передатчик, канал связи и приемник с декодером, при этом выходы с датчиков соединены последовательно через преобразователи, фильтры, усилители с аналого-цифровым преобразователем, выходом подключенным к входному устройству, первым выходом и входом соединенным с блоком управления, а вторым входом и выходом - с блоком анализа порогового уровня, вторым входом через таймер подключенным ко второму выходу блока управления, третьими выходами соединенным с первым, вторым и третьими задатчиками уровней, выходы которых соединены с третьими, четвертыми и пятыми выходами блока анализа информации порогового уровня, выходы которого соединены с запоминающим устройством и первым, вторым и третьим оперативными запоминающими устройствами, причем вторым входом первое оперативное запоминающее устройство через блок формирования команды соединено с первым выходом третьего оперативного запоминающего устройства, второй выход которого и выход первого оперативного устройства соединены с входами запоминающего устройства, а выход второго оперативного запоминающего устройства через блок выделения экстремумов и блок определения максимальных амплитуд соединен с запоминающим устройством, а третьим выходом второе оперативное запоминающее устройство через счетчик количества циклов подключено к блоку определения максимальных амплитуд, четвертым выходом блок управления соединен с запоминающим устройством, выход которого и пятый выход блока управления соединены с входами блока выходных данных, подключенного выходами к ноутбуку, выход которого через передатчик и канал связи подключен к блокам системы, включаемым в работу с ноутбуком оператором, снабжен генеральным пунктом сбора данных с программно-математическим обеспечением, состоящим из соединенных последовательно блоков входных данных, накопителей, регистраторов характеристик динамических воздействий, блоков сравнения, вторыми входами подключенных к блокам исходных данных, разделен на части, соединенные между собою радиотехнической связью, одна из которых оснащена вторым передатчиком, подключенным к блоку аналого-цифрового преобразователя, а другая - вторым приемником, которые соединены с блоком входных данных, вторым блоком питания, соединенным со всем блоком второй части, формирователем сигналов о предельных уровнях информации и табло-блоком, которые входом подключены к блоку формирования команды предельного уровня, а выходом - к контрольной панели сбора данных, которая введена во вторую часть и выход которой соединен с введенным третьим передатчиком, выход которого соединен с приемником генерального пункта сбора данных.

На чертеже представлена схема комплекса сбора и анализа телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов.

Комплекс сбора и анализа телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов содержит набор датчиков 1, преобразователи 2, усилители 3, фильтры 4, источник питания 5, преобразователь источника питания 6, аналого-цифровой преобразователь АЦП 7, блок входных данных 8, блок управления 9, ноутбук 10, таймер 11. запоминающее устройство 12, первый задатчик уровня 13, второй задатчик уровня 14, третий задатчик уровня 15, блок анализа информации порогового уровня 16, первое оперативное запоминающее устройство 17, второе оперативное запоминающее устройство 18, блок выделения максимальных амплитуд 19, блок выделения экстремумов 20, счетчик количества циклов 21, третье оперативное запоминающее устройство 22, блок формирования команды предельного уровня 23, блок выходных данных 24, регистратор 25, передатчик 26, канал связи 27, приемник с декодером 28, второй передатчик 29, второй приемник 30, второй блок питания 31, формирователь сигналов предельных уровней информации и табло 32, контрольную панель сбора данных 33, третий передатчик 34, приемник 35, генеральный пункт сбора данных 36, состоящий из последовательно соединенных n блоков входных данных 37, n накопителей 38, n регистраторов характеристик динамических воздействий 39, n блоков сравнения 40, блок исходных данных 41.

Комплекс работает следующим образом:

Составляется карта, на которой отображаются все объекты, например, космодрома, их габариты и расстояния между объектами и выбранным генеральным пунктом сбора данных.

В каждом объекте выделяют место для монтажа измерительной части комплекса, исходя из следующих требований:

- возможность монтажа конструктивной части комплекса;

- возможность выделения зоны для крепления каждого автономного комплекса на объекте, которая воспринимает максимальные воздействия - ветровые - при перемещениях транспорта различной тяжести и скорости движения;

- возможность определения расстояния от выбранной зоны для крепления комплекса до генерального пункта базы данных.

Затем анализируют возможности выбора характеристик приемников-передатчиков для вычисленного расстояния и необходимость введения ретрансляторов с целью качественного получения информации по результатам измерения и анализа при работе комплексов, монтируют на каждый объект по одному из автономных комплексов с датчиками и настраивают их по уровням для анализа по программе - пороговый, существенной информации и предельный, определяют характеристики каждого объекта на чувствительность к циклическим нагружениям по введенной настройке комплекса, при этом воспроизводят нагрузку на объект в виде единичного нормированного импульса, учитывая расположение зон и расстояние от стартовой позиции, а также от трасс, являющихся источниками нагружений при транспортировке объектов и грузов, в том числе опасных, например при перевозке топлива для заправки ракет по территории космодрома и др.

Кроме того, разрабатывают единую карту расположения комплексов и проводят оценку тарировочных характеристик для датчиков каждого.

Определяют количество комплексов и датчиков, которое необходимо для обеспечения полного контроля характеристик нагружения, монтируют все комплексы на объекты, включают в работу и воспроизводят нагрузку в обычном режиме движения, например, транспорта по территории космодрома.

Далее проводят анализ замеренной информации и уточняют уровни настройки комплексов, проверяют качество и достоверность информации, полученной на пункте банка данных, и в случае их соответствия фактическим, зарегистрированным комплексами, дают заключение на введение полной системы автономных комплексов в работу.

Замеренные сигналы от датчиков 1, расположенных в различных сечениях конструкции, преобразовывают в форму, удобную для анализа, фильтруют и усиливают в блоках 2 и 3, соответственно затем усиливают в блоках 4 и передают в аналого-цифровой преобразователь АЦП, блок 7. От блока 5, источника питания через преобразователь источника питания, блок 6, питание поступает в блоки системы, начиная от блока 3 (связи с блоками не показаны).

Из блока 7 все оцифрованные сигналы поступают в блок входных данных 8, куда от блока управления 9 поступают командные сигналы о распределении замеренных сигналов на заданные уровни, пропорциональные напряжению замеренных сигналов и в соответствии с заданной частотой дискретизации.

Все сигналы поступают в блок 16, где они сравниваются с сигналами, которые формируют задатчики уровня 13, 14, 15.

В задатчике 13 формируются сигналы, соответствующие пороговому уровню, в блоке 14 - сигналы, подлежащие анализу характеристик существенной информации о динамических процессах, а в блоке 15 - предельные уровни, характеризующие нештатную ситуацию.

В задатчике порогового уровня 13 сигналы формируются для выделения сигналов, превысивших заданный пороговый уровень.

Блок 16 пропускает эти сигналы с датчиков в следующем порядке. В первое оперативное запоминающее устройство 17 поступают 5 сигналов и задерживаются эти 5 сигналов на время анализа, которые затем сбрасываются. Во второе оперативное запоминающее устройство 18 поступают все сигналы, которые превысили сигналы, сформированные от первого задатчика 13 и не достигли уровня, формируемые вторым задатчиком 14.

Блоком 16 сигналы пропускаются во второе оперативное запоминающее устройство 18, в котором поступившие сигналы передаются в блок выделения экстремумов 20, затем в счетчик количества циклов 21. От блока 20 после выделения экстремумов сигналы о выделенных экстремумах поступают в блок 19, в котором определяют амплитуды колебаний динамического процесса.

Последовательно от блока 21 в блок 19 поступает анализированная информация об экстремумах и количестве циклов по уровням, заданным блоком управления.

Все сигналы, поступившие от блока входных данных 9 в блоки 16-21, сопровождаются временной информацией, поступающей от таймера, блока 12, в следующем порядке. В блоках 16 и 17 регистрируется вся информация о времени поступления каждого сигнала.

В блоке 17 все 5 сигналов снабжаются временной информацией в порядке поступления сигналов.

В блоках 19 формируют информацию о каждом выделенном цикле и соответствующем ему времени и передают ее в запоминающее устройство 12.

В блок 22 от блока 16 поступают сигналы, которые превысили уровень, заданный третьим задатчиком 15. Третье оперативное запоминающее устройство 22 запоминает сигналы с датчиков последовательно в течение 5 секунд. Если уровень поступающих сигналов не снизился, то процесс запоминания повторяют до снижения уровней сигналов ниже заданного предельного уровня, формируемого блоком 15.

Информация от запоминающего устройства 12 и блока управления поступает в блок выходных данных 24, которые передаются при подключении в ноутбук 10, и далее в регистратор 25 через передатчик 26, канал связи 27 на приемник с декодером 28.

Система предназначена для проведения непрерывного анализа и регистрации информации о циклических нагружениях в течение всего времени, дает высокий коэффициент сжатия информации, в том числе и в случае нештатной ситуации. Она позволяет проводить непрерывный контроль за состоянием космических станций, самолетов, предупредить нештатную ситуацию при транспортировке опасных грузов, контроле состояния зданий, сооружений, мостов, дорог и т.п.

Полученные результаты от каждого автономного комплекса передаются непрерывно в привязке к текущему времени по радиоканалу 34 в приемник 35 генерального пункта сбора данных 36, а затем в блоки 38, где они запоминаются и передаются далее в регистраторы 39, где они регистрируются по уровням каждого цикла воздействия о накопленной за все время информации об эксплуатации объекта.

В блоках 40 сравнивается вся информация о величинах амплитуд для каждого воздействия по уровням, заданным для каждого датчика при настройке комплекса.

В блоке 41 содержатся исходные данные по каждому параметру, характеризующие допустимые значения ресурса (количество циклов для каждой частоты колебаний, замеренной на контролируемом объекте, полученной по расчетам или при ресурсных испытаниях).

После сравнения исходных данных о циклических нагружениях с фактическими данными, полученными при эксплуатации объекта, дают заключение о дальнейшей работе объекта или принятии решения на изменение режимов эксплуатации.

Таким образом, предлагаемый комплекс сбора, обработки и мониторинга безопасности объектов позволяет точно в сжатые сроки производить сбор, обработку и мониторинг безопасности высотных сооружений и сооружений, подвергаемых периодическим или постоянным нагружениям, например мостов, стартовых площадок космодромов, космических станций, самолетов и т.п.